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技術 イメージ反転、誘導自己組織化、および選択的堆積を補助するための、サブ解像度開口部の使用

出願人 東京エレクトロン株式会社
発明者 ベンジャミンエムラスサックマークエイチサマーヴェル
出願日 2016年4月8日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-078408
公開日 2016年12月15日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2016-213444
状態 特許登録済
技術分野 半導体のドライエッチング 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 有機充填材料 ブロックドメイン 選択的エッチングプロセス 自己組織化単層 オリゴジメチルシロキサン 電気的構造 過剰充填 nmテクノロジー
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図面 (13)

課題

マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法を提供する。

解決手段

基板10をパターニングして定義されたトレンチ幅の複数のトレンチ20を有するトレンチ構造18を形成すること、および基板上で光活性材料22を堆積し、トレンチ構造を過剰充填し、複数のトレンチ中充填部分およびトレンチ構造の上で過剰充填部分を形成することを含むみ、定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に光活性材料を曝露し、これにより、過剰充填部分を曝露により変性させる一方で、電磁照射は、複数のトレンチを貫通せずに、充填部分を未変性のまま残し、光活性材料の変性された過剰充填部分を除去し、選択的反応性イオンエッチング選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートとしての使用のための、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成することを含む。

概要

背景

本発明の背景
半導体デバイスの製造におけるコストおよび性能の競争性を維持する必要性は、集積回路デバイス密度を継続的に増加させる要求を高める。半導体集積回路における縮小化により、より高い集積度を達成するために、ロバスト方法論が、半導体基板上で形成された回路パターンスケールを低減するために要求される。これらの傾向および要件は、回路パターン作製の間に電気的構造の分離を調製するための能力に対し、絶えず増大する目標課す

フォトリソグラフィーは、半導体ウエハの表面に、マスク上の幾何学形状およびパターン転写することにより半導体集積回路を製造するのに使用される主要な技術である。原則として、感光性材料パターン化された光に曝露して、現像液中でのその溶解度を変化させる。いったんイメージ化されて現像されると、現像化学物質(developingchemistry)中で可溶な感光性材料の一部が除去され、回路パターンが残留する。さらに、光学リソグラフィー発展させ、その欠陥を収容するために、継続的な大きな一歩(stride)がなされて、代替的なパターニング戦略確立されて、サブ−30nmテクノロジーノードのための半導体製造産業装備する。

先端パターニング技術と協力して、先端高度選択的エッチング手法が、サブ−30nmフィーチャを転写するために要求される。さらに、先端エッチングスキームは、とりわけプロファイル制御、異方性、および速度についての要件に見合わなければならない。

本発明の要約
本発明は、マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法を提供する。前記方法は、基板をパターニングして、定義されたトレンチ幅の複数のトレンチを有するトレンチ構造を形成し、基板上で光活性材料堆積し、トレンチ構造を過剰充填し(overfill)、複数のトレンチ中充填部分およびトレンチ構造の上で過剰充填部分を形成することを含む。前記方法は、定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に光活性材料を曝露することをさらに含み、これにより、過剰充填部分を曝露により変性させる一方で、電磁照射は、複数のトレンチを貫通せずに、充填部分を未変性のまま残す。前記方法は、光活性材料の変性された過剰充填部分を除去して、選択的反応性イオンエッチング選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートとしての使用のための、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成することをさらに含む。

本発明は、マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための別の方法を提供する。前記方法は、基板をパターニングして、定義されたトレンチ幅の複数のトレンチを有するトレンチ構造を形成し、基板上で光活性材料を堆積し、トレンチ構造を過剰充填し、複数のトレンチ中で充填部分およびトレンチ構造の上で過剰充填部分を形成することを含む。前記方法は、定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に光活性材料を曝露することをさらに含み、これにより、過剰充填部分を曝露により変性させる一方で、電磁照射は、複数のトレンチを貫通せずに、充填部分を未変性のまま残し、光活性材料の変性された過剰充填部分を除去して、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成する。さらに、前記方法は、平坦化されて充填されたトレンチ構造を酸でコーティングすること、酸を充填部分中に拡散させて光活性材料の充填部分上で脱保護層を形成すること、および金属または半金属原子を脱保護層中に組み込んで選択的反応性イオンエッチング、選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートを形成することを含む。

図面の簡単な説明
添付の図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成するものであり、本発明の態様を例示し、上記の本発明の一般的記載および以下の詳細な説明と共に、本発明を説明する役割を果たす。

概要

マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法を提供する。基板10をパターニングして定義されたトレンチ幅の複数のトレンチ20を有するトレンチ構造18を形成すること、および基板上で光活性材料22を堆積し、トレンチ構造を過剰充填し、複数のトレンチ中で充填部分およびトレンチ構造の上で過剰充填部分を形成することを含むみ、定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に光活性材料を曝露し、これにより、過剰充填部分を曝露により変性させる一方で、電磁照射は、複数のトレンチを貫通せずに、充填部分を未変性のまま残し、光活性材料の変性された過剰充填部分を除去し、選択的反応性イオンエッチング、選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートとしての使用のための、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成することを含む。B

目的

本発明の要約
本発明は、マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法であって、以下:前記基板パターニングして定義されたトレンチ幅の複数のトレンチを有するトレンチ構造を形成すること;前記基板上で光活性材料堆積し、前記トレンチ構造を過剰充填し、前記複数のトレンチ中充填部分および前記トレンチ構造の上で過剰充填部分を形成すること;前記定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に前記光活性材料を曝露し、これにより、前記過剰充填部分を前記曝露により変性させる一方で、前記電磁照射は、前記複数のトレンチを貫通せずに、前記充填部分を未変性のまま残すこと;および前記光活性材料の前記変性された過剰充填部分を除去して、選択的反応性イオンエッチング選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートとしての使用のための、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成すること、を含む、方法。

請求項2

前記トレンチ構造が、前記光活性材料に対するエッチング選択性を有する材料を含み、以下:前記化学テンプレートを選択的に反応性イオンエッチングして、前記トレンチ構造を除去し、ここで、前記光活性材料の前記充填部分が、前記トレンチ構造のパターンイメージ反転であるパターンイメージを有したままであること、をさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

以下:前記光活性材料の前記充填部分上で脱保護層を形成し、前記化学テンプレートを変性させること、をさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記脱保護層を形成することが、以下:前記基板を酸で処理すること;および前記基板をベークし、前記充填部分中に前記酸を拡散させ、前記脱保護層を形成すること、を含む、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記脱保護層が、5nm〜15nmの厚さを含む、請求項3に記載の方法。

請求項6

以下:前記変性された化学テンプレートを選択的に反応性イオンエッチングして、前記トレンチ構造を除去し、ここで、前記脱保護層を有する前記光活性材料の前記充填部分が、前記トレンチ構造のパターンイメージの反転であるパターンイメージを有したままであること、をさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項7

以下:金属または半金属原子を前記脱保護層中に組み込み、前記化学テンプレートをさらに変性させること、をさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項8

前記金属または前記半金属原子を組み込むことが、前記基板を1種または2種以上のシリル化剤で処理し、シリコン原子を前記脱保護層中に組み込むことを含む、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記シリル化剤が、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリメチルシリルジメチルアミンTMSDMA)、ジメチルシリルジメチルアミン(DMSDMA)、ジメチルジシリルジメチルアミン(DMSDMA)、またはビスアミプロピルオリゴジメチルシロキサンの1種または2種以上を含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記金属または前記半金属原子を組み込むことが、前記基板を1種または2種以上のアクリルポリマーで処理し、アルミニウムを前記脱保護層中に組み込むことを含む、請求項7に記載の方法。

請求項11

以下:前記さらに変性された化学テンプレートを選択的に反応性イオンエッチングして、前記トレンチ構造を除去し、ここで、前記金属または半金属原子を中に含む前記脱保護層を有する前記光活性材料の前記充填部分が、前記トレンチ構造のパターンイメージの反転であるパターンイメージを有したままであること、をさらに含む、請求項7に記載の方法。

請求項12

以下:前記さらに変性された化学テンプレート上で選択的に上部層を堆積すること、をさらに含む、請求項7に記載の方法。

請求項13

前記上部層が、前記金属または半金属原子を中に含む前記脱保護層上の第2の成長速度より速い、前記トレンチ構造上の第1の成長速度を有する材料を含む、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記上部層が、前記金属または半金属原子を中に含む前記脱保護層上の第2の成長速度より遅い、前記トレンチ構造上の第1の成長速度を有する材料を含む、請求項12に記載の方法。

請求項15

以下:前記さらに変性された化学テンプレート上にブロックコポリマーを堆積し、誘導自己組織化を行い、ここで、前記ブロックコポリマーの第1のブロックの少なくとも一部は、前記金属または前記前記半金属原子の上で組織化し、前記ブロックコポリマーの第2のブロックは、前記トレンチ構造の上で組織化すること、をさらに含む、請求項7に記載の方法。

請求項16

前記ブロックコポリマーが、ポリスチレン−ブロック−ポリメチルメタクリレート(PS−b−PMMA)を含む、請求項15に記載の方法。

請求項17

以下:前記変性された化学テンプレート上にブロックコポリマーを堆積し、誘導自己組織化を行い、ここで、前記ブロックコポリマーの第1のブロックの少なくとも一部は、前記脱保護層の上で組織化し、前記ブロックコポリマーの第2のブロックは、前記トレンチ構造の上で組織化すること、をさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項18

前記ブロックコポリマーが、ポリスチレン−ブロック−ポリメチルメタクリレート(PS−b−PMMA)を含む、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記脱保護層に有機材料グラフトし、前記化学テンプレートをさらに変性させ、前記脱保護層上で曝露されたヒドロキシド基を提供すること、をさらに含む、請求項3に記載の方法。

請求項20

以下:前記さらに変性された化学テンプレートを選択的に反応性イオンエッチングして、前記トレンチ構造を除去し、ここで、前記曝露されたヒドロキシド基を含む前記脱保護層を有する前記光活性材料の前記充填部分が、前記トレンチ構造のパターンイメージの反転であるパターンイメージを有したままであること、をさらに含む、請求項19に記載の方法。

請求項21

以下:前記さらに変性された化学テンプレート上で上部層を選択的に堆積すること、をさらに含む、請求項19に記載の方法。

請求項22

前記上部層が、前記曝露されたヒドロキシド基を含む前記脱保護層上の第2の成長速度より速い、前記トレンチ構造上の第1の成長速度を有する材料を含む、請求項21に記載の方法。

請求項23

前記上部層が、前記曝露されたヒドロキシド基を含む前記脱保護層上の第2の成長速度より遅い、前記トレンチ構造上の第1の成長速度を有する材料を含む、請求項21に記載の方法。

請求項24

以下:前記さらに変性された化学テンプレート上にブロックコポリマーを堆積し、誘導自己組織化を行い、ここで、前記ブロックコポリマーの第1のブロックの少なくとも一部は、前記曝露されたヒドロキシド基の上で組織化し、クロスエステル化プロセスにおいて前記曝露されたヒドロキシド基と反応し、前記ブロックコポリマーの第2のブロックは、前記トレンチ構造の上で組織化すること、をさらに含む、請求項19に記載の方法。

請求項25

マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法であって、以下:前記基板をパターニングして定義されたトレンチ幅の複数のトレンチを有するトレンチ構造を形成すること;前記基板上で光活性材料を堆積し、前記トレンチ構造を過剰充填し、前記複数のトレンチ中で充填部分および前記トレンチ構造の上で過剰充填部分を形成すること;前記定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に前記光活性材料を曝露し、これにより、前記過剰充填部分を前記曝露により変性させる一方で、前記電磁照射は、前記複数のトレンチを貫通せずに、前記充填部分を未変性のまま残すこと;前記光活性材料の前記変性された過剰充填部分を除去して、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成すること;前記平坦化されて充填されたトレンチ構造を酸でコーティングすること;前記充填部分中に前記酸を拡散させ、前記光活性材料の前記充填部分上で脱保護層を形成すること;および金属または半金属原子を前記脱保護層中に組み込み、選択的反応性イオンエッチング、選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートを形成すること、を含む、方法。

請求項26

以下:前記化学テンプレートを選択的に反応性イオンエッチングして、前記トレンチ構造を除去し、ここで、前記光活性材料の前記充填部分が、前記トレンチ構造のパターンイメージの反転であるパターンイメージを有したままであること;前記化学テンプレート上にブロックコポリマーを堆積し、誘導自己組織化を行い、ここで、前記ブロックコポリマーの第1のブロックの少なくとも一部は、前記金属または前記半金属原子の上で組織化し、前記ブロックコポリマーの第2のブロックは、前記トレンチ構造の上で組織化すること;または前記化学テンプレート上で上部層を選択的に堆積し、ここで、前記上部層が、前記トレンチ構造上で、前記金属または半金属原子を含む前記脱保護層上のものとは異なる成長速度を有する材料を含むこと、のうちの1つをさらに含む、請求項25に記載の方法。

技術分野

0001

本発明の分野
本発明は、イメージ反転誘導自己組織化、および選択的堆積補助するための、サブ解像度(sub−resolution)開口部を使用するための装置および方法に関する。

背景技術

0002

本発明の背景
半導体デバイスの製造におけるコストおよび性能の競争性を維持する必要性は、集積回路デバイス密度を継続的に増加させる要求を高める。半導体集積回路における縮小化により、より高い集積度を達成するために、ロバスト方法論が、半導体基板上で形成された回路パターンスケールを低減するために要求される。これらの傾向および要件は、回路パターン作製の間に電気的構造の分離を調製するための能力に対し、絶えず増大する目標課す

0003

フォトリソグラフィーは、半導体ウエハの表面に、マスク上の幾何学形状およびパターン転写することにより半導体集積回路を製造するのに使用される主要な技術である。原則として、感光性材料パターン化された光に曝露して、現像液中でのその溶解度を変化させる。いったんイメージ化されて現像されると、現像化学物質(developingchemistry)中で可溶な感光性材料の一部が除去され、回路パターンが残留する。さらに、光学リソグラフィー発展させ、その欠陥を収容するために、継続的な大きな一歩(stride)がなされて、代替的なパターニング戦略確立されて、サブ−30nmテクノロジーノードのための半導体製造産業装備する。

0004

先端パターニング技術と協力して、先端高度選択的エッチング手法が、サブ−30nmフィーチャを転写するために要求される。さらに、先端エッチングスキームは、とりわけプロファイル制御、異方性、および速度についての要件に見合わなければならない。

0005

本発明の要約
本発明は、マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための方法を提供する。前記方法は、基板をパターニングして、定義されたトレンチ幅の複数のトレンチを有するトレンチ構造を形成し、基板上で光活性材料堆積し、トレンチ構造を過剰充填し(overfill)、複数のトレンチ中充填部分およびトレンチ構造の上で過剰充填部分を形成することを含む。前記方法は、定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に光活性材料を曝露することをさらに含み、これにより、過剰充填部分を曝露により変性させる一方で、電磁照射は、複数のトレンチを貫通せずに、充填部分を未変性のまま残す。前記方法は、光活性材料の変性された過剰充填部分を除去して、選択的反応性イオンエッチング、選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートとしての使用のための、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成することをさらに含む。

0006

本発明は、マイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成するための別の方法を提供する。前記方法は、基板をパターニングして、定義されたトレンチ幅の複数のトレンチを有するトレンチ構造を形成し、基板上で光活性材料を堆積し、トレンチ構造を過剰充填し、複数のトレンチ中で充填部分およびトレンチ構造の上で過剰充填部分を形成することを含む。前記方法は、定義されたトレンチ幅より少なくとも4倍大きな波長を含む電磁照射に光活性材料を曝露することをさらに含み、これにより、過剰充填部分を曝露により変性させる一方で、電磁照射は、複数のトレンチを貫通せずに、充填部分を未変性のまま残し、光活性材料の変性された過剰充填部分を除去して、平坦化されて充填されたトレンチ構造を形成する。さらに、前記方法は、平坦化されて充填されたトレンチ構造を酸でコーティングすること、酸を充填部分中に拡散させて光活性材料の充填部分上で脱保護層を形成すること、および金属または半金属原子を脱保護層中に組み込んで選択的反応性イオンエッチング、選択的堆積、または誘導自己組織化のための化学テンプレートを形成することを含む。

0007

図面の簡単な説明
添付の図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成するものであり、本発明の態様を例示し、上記の本発明の一般的記載および以下の詳細な説明と共に、本発明を説明する役割を果たす。

図面の簡単な説明

0008

図1Aは、化学テンプレートを形成するための態様による方法を描く、図による例示である。
図1Bは、化学テンプレートを形成するための態様による方法を描く、図による例示である。
図1Cは、化学テンプレートを形成するための態様による方法を描く、図による例示である。
図1Dは、化学テンプレートを形成するための態様による方法を描く、図による例示である。
図2は、図1Dの化学テンプレートを使用した、トレンチパターンのイメージ反転後の基板を描く、図による例示である。
図3Aは、脱保護層を有する化学テンプレートを形成するための態様による方法を描く、図による例示である。
図3Bは、脱保護層を有する化学テンプレートを形成するための態様による方法を描く、図による例示である。
図4Aは、金属または半金属原子を含む脱保護層を有する化学テンプレートを描く、図による例示である。
図4Bは、図4Aの化学テンプレートを使用した、トレンチパターンのイメージ反転後の基板を描く、図による例示である。
図5Aは、化学エピタキシー(chemo−epitaxy)誘導自己組織化のための化学テンプレートを使用するための態様による方法を描く、図による例示である。
図5Bは、化学エピタキシー誘導自己組織化のための化学テンプレートを使用するための態様による方法を描く、図による例示である。
図6は、化学テンプレートを形成して使用するための態様を描くフローチャートである。

0009

詳細な説明
本発明の態様は、一般的にマイクロエレクトロニクス基板を処理して化学テンプレートを形成する方法に関する。化学テンプレートを、例えば、トレンチパターンなどの出発パターンのイメージ反転、化学エピタキシー誘導自己組織化(DSA)、および例えば、材料層選択的成長などの選択的堆積に使用してもよい。図1A〜1Dおよび6を一般的に参照すると、本発明の態様における、トレンチパターンのさらなるプロセシングのための化学テンプレートを創出するための方法が示される。図1Aは、第1の層12、第2の層14、および第3の層16を含むマイクロエレクトロニクス基板10を示す。限定ではなく例の意味により、第1の層12は、シリコンウエハであり得、第2の層14は、自然(native)酸化物層であり得る。第3の層16についての例示的材料は、以下でさらに検討される。40において、トレンチ構造18が、マイクロエレクトロニクス基板10上にパターニングされ、幅Wにより分離された一連のトレンチ20を定義する。限定ではなく例の意味により、描かれるトレンチ構造18は、トレンチ幅Wの3倍(3x)であるトレンチ20間のトレンチ構造18の幅に関し、3:1のデューティーサイクル(duty cycle)で形成されたものである。

0010

42において、図1Bに示されるとおり、トレンチ20は、充填材料で過剰充填されて光活性フィルム22を形成する。光活性フィルム22のための有機充填材料を、トレンチ構造18の材料とは異なる光学特性を有するように調整することができる。例えば、光活性フィルム22を、所定の波長について異なる屈折率(n)および所定の波長について異なる吸光度(k)を有するように調整することができる。これが起こる場合には、所定の波長の光はトレンチ20内でほとんど貫通することができず(not appreciably penetrate)、その代わりにトレンチ構造18の上の光活性フィルム22の一部を曝露するのみである。光活性フィルム22のための充填材料は、光活性フィルム22の過剰充填部分が処理されて、次いで(以下で記載する)湿式現像プロセスにより除去されることを可能にする、溶解スイッチング機構を含む。例えば、未処理の充填材料は所定の化学物質で湿式現像することによる可溶性を有しない一方で、処理された充填材料は所定の化学物質中でスイッチングして可溶性となる。

0011

ここで図1C、1D、および6を参照して、44において光活性フィルム22の過剰充填された材料が処理され、46において除去される。44において、図1Cに示されるとおり、光活性フィルム22を、トレンチ20の幅Wの4倍より大きな光24の波長の電磁照射の多量露光(flood exposure)に曝露する。光学特性が異なるように調整された一例において、波長λの光は、λの1/4未満の開口部を貫通することができない。したがって、適切な寸法のトレンチまたはトレンチのパターンを、トレンチ構造18の材料とは光学的に異なる光活性材料で充填または過剰充填した場合には、トレンチ内の光活性材料の部分を、光の曝露により化学的に変化させることができず、例えば、所定の湿式現像化学物質中で可溶とさせることができない。しかしながら、トレンチの外側またはトレンチの上の光活性材料を、光曝露の結果として化学的に変化させることができ、例えば、所定の湿式現像化学物質中で可溶とさせることができる。このようにして、光活性材料の一部を選択的に変化させて、これにより変化した部分および未変化の部分は、続くプロセシングに対して異なった反応をすることができる。したがって、基板10が光24に曝露される場合に、トレンチ20における感光性光活性フィルム22は影響を受け得ないか、またはより低減された影響を受け得る。よって、トレンチ20内の光活性フィルム22の未変化部分中にある光酸は、図1Cに示される多量露光に曝露されず、よって、トレンチ20内の材料は曝露の後で非酸性のままである。言い換えると、トレンチ20の内側のフィルム22の未変化の部分(すなわち、充填部分)は、未曝露の光活性材料の特性を保持し得る一方で、トレンチ20の外側のフィルム22の変化した部分(すなわち、過剰充填部分)は、曝露された光活性材料の特性を有し得る。46において、図1Dに示されるとおり、湿式現像プロセスを次いで行い、多量露光に曝露された光活性フィルム22の変化した過剰充填部分を除去してもよい。

0012

これに続いて、化学テンプレートを形成するためのプロセスシーケンスにより、光活性フィルム22の非均一性から生じる潜在的な問題が排除される。図1Aに示されるものと同様の寸法であるが、5:1のデューティーサイクルのトレンチからなるアレイを検討すると(図示せず)、光活性フィルム22は、図1Aに示される高密度のトレンチ20より多くこれらのトレンチを充填するであろう。多量露光により、次いで、異なるトレンチ密度にわたってフィルムの高さが等しくなるかまたは平坦化されることが可能となる。トレンチ20は光をフィルタする役割を果たし、これにより、十分な露光を使用して、より高密度のトレンチに影響を与えることなく、より密度の低いトレンチのアレイから過剰なフィルムを除去することができる。光活性フィルム22の過剰充填部分が除去されると、光活性フィルム22は、トレンチ構造18に中で不連続的となり得る。さらに、トレンチ構造18および光活性フィルム22は、図1Dに描かれるとおり、平坦化表面とも称される連続的表面を形成し得る。

0013

トレンチ構造18により、本発明の方法の一態様により、反転されていてもよいイメージが創出される。図2および6を参照して、48において、図1Dの化学テンプレートを使用して、基板10は、選択的にエッチングされてトレンチ構造18が除去される。いったんトレンチ構造18が除去されると、光活性フィルム22は、1:3のデューティーサイクルを有する一連のトレンチ20’を定義する。トレンチ20’は、図1Aにおけるトレンチ20により定義されたイメージの反転であるイメージを定義する。トレンチ構造18のための材料が酸化物からなる一態様において、例えば、光活性フィルム22に使用される有機材料は、イメージ反転が化学テンプレートをさらに変性させずに完了させることができる、特定の化学物質による十分なエッチング選択性を有してもよい。例えば、反応性イオンエッチングRIE)を使用して、トレンチ構造18を選択的に除去してもよい。エッチング化学物質およびプロセス条件は、使用される特定の酸化物および有機材料に応じて、当業者により特定され得る。光活性フィルム22により形成されたパターンを下部層に転写してもよく(転写プロセスは図示しない)、ここで、光活性フィルム22はマスクとしての役割を果たす。層12、14、16の組成は、特定の用途に応じて当業者により特定され得る。例えば、下部層は、光活性フィルム22の材料に対するエッチング選択性を有してもよい。光活性フィルム22が有機物である一態様において、第3の層16は、例えば、SiNなどの無機材料で作製されていてもよい。

0014

ここで一般的に図3A、3B、および6を参照して、本発明の一態様において、出発パターンのイメージ反転、誘導自己組織化、または選択的堆積のための化学テンプレートをさらに形成するための方法が示される。この態様の方法は、図1A〜1Dに示されるようなプロセスがなされた基板10で開始され、基板10上で化学テンプレートを形成する。図3Aおよび3Bにおける同様の参照符号は、図1A〜1Dにおける同様の部分を指すのに使用される。50において、図3Aおよび3Bを参照して、脱保護層26が次いで光活性フィルム22中で形成されて、選択的エッチングまたは堆積のためのまたは誘導自己組織化のための基礎として作用し得る表面化学特性の差を有する、変性された化学テンプレートを提供する。例えば、脱保護層26を形成するために、および図3Aに示されるとおり、基板10は、光活性フィルム22の最上部上に酸28を付与する酸洗浄液(acid rinse)で処理される。この後、光活性フィルム22中へ酸28を向かわせ、脱保護層26を創出する、図3Bに示される拡散ベークが続く。この拡散の時間の長さにより、生じる脱保護の深さが決定される(すなわち、脱保護層26の厚さが決定される)。当業者は、拡散ベークの時間の長さおよび温度は、材料および意図される用途に基づき変化することを認識するであろう。例えば、ベークの温度は、約70〜200℃の範囲であり得、ベークは、約10分未満持続され得る。態様において、比較的少量の拡散および脱保護が生じる。例えば、脱保護層26の厚さは、5nm〜15nmであり得、または約10nmであり得る。トレンチ構造18および光活性フィルム22の原材料(original material)が、図1Dにおける化学テンプレートについての十分に異なる表面化学特性を提供するものではない場合には、光活性フィルム22が表面脱保護層26を有する図3Bにおける変性された化学テンプレートは、ブロックコポリマーのイメージ反転、選択的堆積、および誘導自己組織化について選択的エッチングを達成するための必要な表面化学特性を提供し得る。

0015

ここで図4Aおよび6を参照して、別の態様において、図3Aおよび3Bに示される方法は、52において、金属または半金属原子を脱保護層26中に組み込んで、化学テンプレートをさらになお変性して、表面化学特性の所望の差を創出して、例えば、エッチング選択性を向上させることをさらに含み得る。態様において、シリル化プロセスを使用してシリコン原子を脱保護層26中に組み込んで変性された層30を形成する。シリル化反応は、脱保護層26がシリル化されるであろう好適な官能性を有することを必要とする。種々の態様において、光活性フィルム22に使用される充填材料は、脂肪族アルコールフェノール、またはポリマー鎖内のヘキサフルオロイソプロパノール官能基を含んでもよい。ポリヒドロキシスチレン)(PHOST)中のフェノール性基は、合理的な時間内で、比較的低温で、シリル化に好適な化学反応性を有する。これは、有機官能性について穏やかな酸性である(例えば、pKa=9など)。脂肪族アルコールをシリル化することができる(例えば、pKa=12など)が、これには比較的より長時間を要し得る。例えば、カルボン酸の増加された酸性(例えば、pKa=5など)は、シリル化反応の平衡強制的に未シリル化状態側へ置くため、カルボン酸をシリル化することは難しい。したがって、当業者は、充填材料中でシリル化をするであろう構成成分のpKaが異なり得ることを認識するであろう。pKaの例示的範囲は、約7〜10である。同一の炭素にくっついた2つのトリフルオロ基を有するアルコールは、フェノールと同様のpKaを有するので、同様の低温および時間で容易にシリル化可能である。光活性フィルム22のための充填材料は、シリル化のための別の好適な官能性を含んでもよいことが認識されなければならない。多数のシリル化剤のいずれも、有用であり得る。これらの化合物は、典型的には、アミンペンダントである側基中にシリコンを含む、第2級または第3級アミンである。例えば、典型的なシリル化剤には、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリメチルシリルジメチルアミンTMSDMA)、ジメチルシリルジメチルアミン(DMSDMA)およびジメチルジシリルジメチルアミン(DMSDMA)が含まれる。シリル化剤は、典型的には気相中で投入されるが、例えば、化学増幅レジストライン(Chemical Amplification of Resist Lines)(CARL)プロセスにより安価に(popular)作製されるものなどの液状シリル化剤も使用してもよい。例示的液状シリル化剤は、ビスアミプロピルオリゴジメチルシロキサンである。

0016

なお図4Aを参照して、別の態様において、金属原子を、アルミニウム逐次浸透合成(sequential infiltration synthesis)(SIS)使用して脱保護層26中に組み込んで、変性された層30を形成してもよい。カルボニル官能性でアルミニウム逐次浸透合成(SIS)することができるので、種々のアクリルおよびメタクリルポリマーを充填材料中で使用することができる。SISプロセスは自己伝播性である。したがって、SISプロセシングの続くサイクルにより、続いて脱保護層26中にアルミニウムを組み込むことがもたらされ、これにより、例えば、その後のプロセシングのためのより良好なエッチング選択性のための表面化学特性のより大きな差別化などが順次もたらされ得る。

0017

ここで図4Bおよび6を参照して、金属または半金属原子を脱保護層26中に組み込んだ後、52において、変性された層30により、初めにトレンチ構造18を構成した材料へのエッチング選択性が提供される。より特には、シリコンおよびアルミニウムの両方が、いくつかのプロセスにおいて良好なバリアとなる酸化物を形成することができる。したがって、イメージ反転を、48において、選択的エッチングプロセスを使用してトレンチ構造18を除去することにより達成し得る。いったんトレンチ構造18が除去されると、最上部の変性された層30を有する光活性フィルム22は、1:3のデューティーサイクルを有する一連のトレンチ20’を定義する。代替的に、図6において示されるとおり、トレンチ構造18および変性された層30により形成された、変性された化学テンプレートを、56および58における化学エピタキシー誘導自己組織化(DSA)に、または54における選択的堆積に使用してもよい(共に以下に記載する)。光活性フィルム22により形成されたパターンを下部層に転写してもよく(転写プロセスは図示しない)、ここで、変性された層30はマスクとしての役割を果たす。この目的のために、下部層は、変性された層30とのエッチング選択性を有してもよい。変性された層30がシリコンを含む態様において、第3の層16は、例えば、窒化物ベースの有機材料、TiNベースの有機材料、または有機材料で作製されたものなどであってもよい。

0018

当業者は、化学テンプレートを形成する方法が、意図される使用に基づいて変化し得ることを認識しなければならない。化学テンプレートを変性させて脱保護層を形成すること、および金属または半金属原子を脱保護層中に組み込んで図4Aの変性された化学テンプレートを形成することは、図6の54における続く選択的堆積に最も好適であり得る。さらに、変性された化学テンプレートを使用して選択的に堆積された材料層を、種々の技法を使用して形成してもよいことが認識されなければならない。例えば、態様において、54において、変性された化学テンプレートを使用して、フィルムを選択的に成長させてもよい。成長は、堆積された層を、反応物質および基板材料間の反応を介して形成するタイプの堆積である。よって、化学テンプレートを使用して、表面上で異なる成長速度を提供し得、これにより、別の基板材料に対して1つの基板材料からの選択的な成長が可能となる。その点において、材料は、別のものと比較して、基板の一部分上で成長速度の固有の差を有し得る。このプロセスは、フィーチャアレイの一部分の表面を変化させるための潜在的な用途を有する。その基板は、40、42において上述したとおり、パターニングされて、光活性材料で充填され得る。同様に、多量露光はまた、44において再度上述されるとおり、過剰コーティングされた材料を平らにして(even out)完成され得る。中性のトレンチ材料が、光活性フィルム材料と比較して固有の成長選択性を有する場合には、図1Dの化学テンプレートを使用して、脱保護層を創出せずに、および金属原子を組み込まずにフィルムを選択的に成長させてもよい(図示せず)。代替的に、光活性フィルムの表面特性を、50における酸洗浄および拡散ベークを、ならびに任意に50、52における金属または半金属原子の組み込みを使用することにより変化させて、このエリアを保護して、54における選択的成長が変性された化学テンプレートのトレンチ構造18をオフにすることを可能にしてもよい。

0019

一般的に図5A、5Bおよび6を参照して、本発明の態様において、DSAについて化学テンプレートを使用するための方法が示される。この態様の方法は、図1Dの化学テンプレートまたは図3Bもしくは4Aの変性された化学テンプレートで開始される。図5Aおよび5Bの例において、図3Bの変性された化学テンプレートを、図6の40、42、44、46、および50におけるように、基板10上で形成した。図5Aおよび5Bにおける同様の参照符号は、図1A〜1D、3A、および3Bにおける同様の部分を指すのに使用される。トレンチ構造18および脱保護層26は、変性された化学テンプレートを形成する。トレンチ構造18は、化学テンプレート上で堆積されることが意図されたラメラブロックコポリマーの両方のブロックに対して中性である。図5Aに示されるとおり、56において、化学テンプレートをラメラブロックコポリマー32でコーティングし、図5Bに示されるとおり、58において、誘導自己組織化(DSA)を行う。態様において、ブロックコポリマー32は、ポリ(スチレン)−ブロック−ポリ(メチルメタクリレート)(PS−b−PMMA)であり得る。この場合には、図5Bに示されるとおり、光活性フィルム22の脱保護層26は、多数のブロックコポリマー32の極性PMMAブロックドメイン34を留める(pin)ための役割を果たし、ブロックドメイン36は、留められたPMMAブロックドメイン34間の中性のトレンチ構造18の最上部で自己組織化するであろう。脱保護層26に留められたPMMAブロックドメイン34の、PMMAブロックドメイン34の総数に対する比は、ブロックコポリマーの組成および/またはトレンチ構造18のデューティーサイクルに基づき変化し得る。例えば、図5Bに示されるとおり、トレンチ構造18が3:1のデューティーサイクルを有する場合に、1つおきのPMMAブロックドメイン34が脱保護層26に留められている。

0020

脱保護された層の創出および/または金属または半金属原子の組み込みは、化学テンプレートの創出における任意のステップであることが認識されなければならない。例えば、光活性フィルム22自体のための材料が留まっている一態様において、ブロックコポリマー32のブロックドメインの1つの多数が、光活性フィルムに留められていてもよい(図示せず)。さらなる例により、図1Dを再度参照して、トレンチ構造18および光活性フィルム22は、化学テンプレートを形成し、ブロックコポリマー32をそれに塗布してもよい。1つおきのPMMAブロックドメイン34を、次いで、光活性フィルム22に留めてもよい。同様に、光活性フィルム22の表面で金属または半金属原子を含むように変性された脱保護層が留まっている別の態様において、変性された層を使用してもよく、ブロックコポリマー32のブロックドメインを、変性された層30に留めてもよい(図示せず)。さらなる例により、図4Bを再度参照して、トレンチ構造18および変性された層30は、変性された化学テンプレートを形成してもよく、ブロックコポリマー32をそれに塗布してもよい。1つおきのPMMAブロックドメイン34を、次いで、変性された層30に留めてもよい。

0021

別の態様において(図示せず)、例えば、エッチング選択性を改善するために、または異なる成長速度を提供するために、図3Aおよび3Bに示される方法は、脱保護層26に有機材料をグラフトして、化学テンプレートをさらになお変性させて表面化学特性の所望の差を創出することをさらに含んでもよい。態様において、有機材料を脱保護層26にグラフトして、これにより曝露されたヒドロキシド基(−OH)を含む変性された層を形成する(図示せず)。曝露されたヒドロキシド基は、例えば、カルボン酸、フェノール類、脂肪族アルコールなどのより大きな官能基の一部であり得る。曝露されたヒドロキシド基を含む変性された層は、初めにトレンチ構造18を構成した材料へのエッチング選択性を提供してもよく、これにより、図4A〜4Bに示される方法と類似の選択的RIEを介したイメージ反転を可能にする。さらに、トレンチ構造18およびグラフトされた有機材料を含む変性された層により形成された、変性された化学テンプレートを、上記のとおり選択的堆積に、または図5A〜5Bに示される方法と類似の化学エピタキシー誘導自己組織化(DSA)に使用してもよい。態様において、ブロックコポリマーを化学テンプレートに塗布して、自己組織化単層を形成してもよく(図示せず)、ここで、コポリマーのブロックは、クロスエステル化プロセスにおいて曝露されたヒドロキシド基と反応する。

0022

特定の態様をかなり詳細に説明して本発明を例示した一方で、前記説明は、制限するか、またはいかなる意味においても添付の特許請求の範囲の範囲をかかる詳細に限定することを意図するものではない。本願において検討された種々の特徴を単独で使用しても、またはあらゆる組み合わせで使用してもよい。追加的な利点および改変は、当業者には容易に明らかとなるであろう。したがって、本発明は、そのより広範な側面において、示されて説明された、特定の詳細、代表的な装置および方法および例示的な例に限定されない。したがって、一般的な発明の概念の範囲から逸脱せずに、かかる詳細から逸脱がなされ得る。

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